KR102533948B1 - 플라즈마 처리를 위한 플라즈마 소스에 대한 안정성 모니터링 및 개선을 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
플라즈마 처리 동안 플라즈마 발광을 검출하고, 플라즈마 소스와 연관된 광도 데이터를 분석하며, 플라즈마 처리와 연관된 광도 분포에 기초하여 플라즈마 소스 및/또는 공정 챔버를 위한 작동 파라미터를 조정하는 방법이 개시된다. 플라즈마 소스에 대한 광도 분포 및 관련 분석은 다수의 처리 도구에 걸쳐서 수행될 수 있다. 일부 실시형태에서, 플라즈마 방전 안정성 및/또는 챔버들 간의 매칭 정보는 광도 데이터에 기초하여 결정되며, 처리 도구의 작동은 안정성 및/또는 매칭 결정에 기초하여 조정되거나 제어된다. 따라서, 개시된 실시형태는 플라즈마 에칭 및 증착 도구와 같은 플라즈마 처리 도구를 위한 방전 안정성 및 플라즈마 소스를 평가하여 개선하기 위한 간단하고 저비용의 솔루션을 제공한다.
Description
본 출원은 이하의 공동-계류 중인 가출원에 대한 우선권을 주장한다: 그 전체 내용이 본원에 참고로 포함되는, "플라즈마 처리를 위한 플라즈마 소스에 대한 안정성 모니터링 및 개선을 위한 방법"이라는 명칭으로 2018년 9월 27일자로 출원된 미국 가특허출원 일련번호 제62/737,242호 및 "플라즈마 처리를 위한 플라즈마 소스에 대한 안정성 모니터링 및 개선을 위한 방법"이라는 명칭으로 2018년 10월 4일자로 출원된 미국 가특허출원 일련번호 제62/741,406호.
본 개시물은 마이크로 전자 소재(microelectronic workpiece) 상에 패턴화된 구조물의 형성을 포함하는 마이크로 전자 소재의 제조를 위한 방법에 관한 것이다.
마이크로 전자 소재 내에서의 소자 형성은 전형적으로 기판 상의 다수의 재료층의 형성, 패턴화, 및 제거와 관련된 일련의 제조 기술을 포함한다. 일부 마이크로 전자 소재의 제조를 위해, 공정 챔버를 갖는 플라즈마 처리 도구가 사용된다. 특정 플라즈마 처리 도구는 상부 소스 플라즈마 생성 구성을 사용한다.
도 1a(종래기술)는 공정 챔버(112), 및 공정 챔버(112) 내에 위치된 상부 플레이트(104)를 갖는 플라즈마 소스(102)를 포함하는 플라즈마 처리 도구(100)에 대한 예시적인 실시형태의 도면이다. 반도체 웨이퍼와 같은 마이크로 전자 소재(108)는 웨이퍼 스테이션 또는 정전 척과 같은 홀더(110) 상에 위치된다. 홀더(110)는 하부 전극을 포함한다. 플라즈마 에칭 또는 증착 처리와 같은 마이크로 전자 소재(108)의 플라즈마 처리를 위해, 플라즈마 처리 도구(100)를 위한 공정 챔버(112) 내에서 공정 플라즈마(106)가 점화되어 유지된다.
도 1b(종래기술)는 플라즈마 소스(102)를 위한 상부 플레이트(104)에 대한 예시적인 실시형태의 도면이다. 상부 플레이트(104)를 위한 표면(156)은 도 1a(종래기술)에 도시된 바와 같이, 공정 챔버(112)의 내부에 노출된다. 상부 플레이트(104)를 위한 표면(156)은 공정 챔버(112) 내에서의 플라즈마의 생성과 연관된 딤플(dimple)(154)을 갖는다. 도 1b에 도시된 예시적인 실시형태에서, 상부 플레이트(104)를 위한 원형 본체(152)의 표면(156)의 둘레에 대칭적으로 위치된 7개의 딤플(154)이 존재한다.
도 1a(종래기술)의 플라즈마 처리 도구(100)와 같은 플라즈마 처리 도구는 하드웨어(HW) 구성 요소 및 조립체와 관련된 민감도로 인해, 한계(marginal) 플라즈마 안정성으로 인해, 및/또는 다른 원인으로 인해, 챔버들 간에 편차가 있을 수 있다. 예를 들어, 챔버들 간의 HW 편차는 전체적인 조립 HW 구성 요소의 적층 공차로 인한 것일 수 있다. 또한, 챔버들 간의 HW 편차는 개별 HW 구성 요소의 임의의 제조에 고유한 기계 가공 공차(예를 들어, 2개의 HW 구성 요소가 정확히 동일하지 않음)로 인한 것일 수도 있다. 또한, 다른 HW 관련 편차가 챔버들 간의 HW 편차를 초래할 수 있다. 플라즈마 안정성 한계와 관련하여, 챔버들 간의 HW 편차 및 최적화되지 않은 공정 조건의 조합은 반복 가능하지 않은 플라즈마 특성을 초래할 수 있다. 예를 들어, 특정 시스템에서 플라즈마 소스의 상부 전극 또는 상부 플레이트에 걸친 가변적인 플라즈마 밀도는 반복 가능하지 않은 플라즈마 안정성 특성을 초래할 수 있다.
플라즈마 소스에 걸친 이러한 플라즈마 밀도 편차의 검출은 전형적으로 플라즈마에 의해 발산된 형광을 포집하기 위한 다중-구역 광학 방사 분광계 또는 플라즈마 생성을 시각적으로 관찰하기 위한 뷰포트(viewport)를 필요로 한다. 그러나, 이들 솔루션들은 모두 플라즈마 에칭 및 증착 도구의 제조에 복잡성을 가중시키고 내재하는 문제들을 수반한다. 플라즈마 처리 도구는 이러한 추가적인 복잡성 없이도 이미 고비용이기 때문에, 이러한 가중된 제조 복잡성은 바람직하지 않다. 또한, 집적회로의 제조에 관여된 회사들은 이들의 제조 라인 내의 각각 하나의 장비의 소유 비용을 포함하는 이들의 간접비를 제한하려고 한다. 현재의 솔루션들은 플라즈마 방전 안정성 검출을 위한 간단하고 저비용의 솔루션을 제공하지 않는다.
마이크로 전자 소재의 집적회로 제조에 사용하기 위한 플라즈마 소스 작동 안정성 제어 및 처리 도구 매칭을 제공하는 실시형태가 본원에서 설명된다. 개시된 실시형태는 자동 또는 수동 스펙트럼 분석을 통해 플라즈마 광도(light intensity)를 결정하기 위한 이미지 포착 기술을 제공한다. 이러한 광도 데이터는 플라즈마 소스 및/또는 공정 챔버를 위한 파라미터를 조정하기 위해 사용된다. 예를 들어, 플라즈마 방전 작동의 안정성 및 챔버들 간의 매칭 정보는 플라즈마 에칭 또는 증착 도구와 같은 다양한 처리 도구에서 결정될 수 있으며, 이러한 정보는 플라즈마 소스 및/또는 공정 챔버를 위한 작동 파라미터를 조정하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 상이한 또는 추가적인 특징, 변형, 및 실시형태가 구현될 수 있으며, 관련 시스템 및 방법이 사용될 수도 있다.
일 실시형태에서, 마이크로 전자 소재의 제조를 위한 방법이 개시되며, 방법은, 공정 챔버에 이미지 센서를 제공하는 단계; 플라즈마 소스에 의해 플라즈마가 생성되는 동안, 공정 챔버 내에서 공정 방법(process recipe)을 수행하는 단계; 수행하는 단계 동안 플라즈마 소스와 연관된 이미지를 이미지 센서를 통해 포착하는 단계; 및 포착된 이미지로부터 결정된 광도 분포에 기초하여 공정 챔버를 위한 하나 이상의 작동 파라미터를 조정하는 단계를 포함한다.
추가적인 실시형태에서, 결정은 미리 결정된 스펙트럼 범위 내에서 광도 분포를 분석하기 위해 포착된 이미지를 처리하는 단계를 포함한다. 추가적인 실시형태에서, 공정 방법은 파라미터에 대한 선택된 세트의 범위를 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 파라미터에 대한 선택된 세트의 범위는 하나 이상의 테스트 조건과 연관된다.
추가적인 실시형태에서, 방법은 또한 복수의 공정 챔버에 대해, 제공하는 단계, 수행하는 단계, 포착하는 단계, 및 조정하는 단계를 반복하는 단계를 포함한다. 추가적인 실시형태에서, 방법은 복수의 공정 챔버에 대해 포착된 이미지로부터 결정된 광도 분포에 기초하여 안정성 한계를 결정하는 단계를 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 조정하는 단계는 안정성 한계에 기초한다. 추가적인 실시형태에서, 방법은 복수의 공정 챔버에 대해 포착된 이미지로부터 결정된 광도 분포에 기초하여 챔버들 간의 매칭 정보를 결정하는 단계를 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 조정하는 단계는 챔버들 간의 매칭 정보에 기초한다. 추가적인 실시형태에서, 이미지 센서는 복수의 공정 챔버 내에 위치된 마이크로 전자 소재를 위한 기판에 결합된다.
추가적인 실시형태에서, 공정 방법은 플라즈마 에칭 공정을 포함한다. 추가적인 실시형태에서, 공정 방법은 플라즈마 증착 공정을 포함한다. 추가적인 실시형태에서, 이미지 센서는 전하 결합 소자 카메라를 포함한다. 추가적인 실시형태에서, 이미지 센서는 공정 챔버 내에 위치된 기판에 결합된다. 추가적인 실시형태에서, 이미지 센서는 공정 챔버 내의 하드웨어 구성 요소 상에 위치된다.
추가적인 실시형태에서, 포착하는 단계는 이미지 센서를 사용하여 이미지 데이터를 포착 및 저장하는 단계를 포함한다. 추가적인 실시형태에서, 방법은 이미지 데이터를 컴퓨팅 시스템에 통신하는 단계를 또한 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 통신하는 단계는 적어도 하나의 무선 인터페이스를 통해 수행된다.
추가적인 실시형태에서, 공정 챔버를 위한 하나 이상의 작동 파라미터는 공정 가스 유량, 압력, 온도, 또는 소스 전력 중 적어도 하나를 포함한다. 추가적인 실시형태에서, 방법은, 공정 챔버 내로 광을 방사하고 이미지 센서를 사용하여 공정 챔버 내의 하드웨어 구성 요소를 검사하는 단계를 또한 포함한다.
본 발명의 더 완전한 이해 및 그 이점은 첨부된 도면과 관련하여 고려되는 이하의 설명을 참조함으로써 달성될 수 있으며, 첨부된 도면에서 동일한 참조 번호는 유사한 특징부를 나타낸다. 그러나, 첨부된 도면은 개시된 개념의 예시적인 실시형태만을 도시하고, 이에 따라 개시된 개념이 다른 동등하게 효과적인 실시형태를 허용할 수 있기 때문에, 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다는 점을 유의해야 한다.
도 1a(종래기술)는 공정 챔버, 및 공정 챔버 내에 위치된 플라즈마 소스를 포함하는 플라즈마 처리 도구에 대한 예시적인 실시형태의 도면이다.
도 1b(종래기술)는 플라즈마 소스를 위한 상부 플레이트에 대한 예시적인 실시형태의 도면이다.
도 2a는 플라즈마 소스와 연관된 이미지를 포착하기 위해 이미지 센서가 공정 챔버 내에 위치되는 개시된 본 발명에 따른 플라즈마 처리 도구에 대한 예시적인 실시형태의 도면이다.
도 2b는 개시된 실시형태를 위한 컴퓨팅 환경에 대한 예시적인 실시형태의 도면이다.
도 2c는 플라즈마 소스를 위한 상부 플레이트의 딤플에 대하여 예시적인 플라즈마 공정 동안 생성된 플라즈마 방전에 대한 예시적인 실시형태의 표본 이미지 포착물이다.
도 3a는 이미지 센서에 의해 포착된 이미지가 마이크로 전자 소재의 제조를 위한 공정 챔버를 위한 작동 파라미터를 조정하기 위해 사용되는 예시적인 실시형태의 방법 흐름도이다.
도 3b는 다수의 상이한 공정 챔버에 대한 이미지 감지 및 관련 이미지 분석이 마이크로 전자 소재의 플라즈마 처리 및 플라즈마 소스를 개선하기 위해 사용되는 예시적인 실시형태의 방법 흐름도이다.
도 4는 상이한 분류자와 연관된 검출 임계치에 기초하는 플라즈마 공정 안정성 결정을 위한 실시형태의 도면이다.
도 1a(종래기술)는 공정 챔버, 및 공정 챔버 내에 위치된 플라즈마 소스를 포함하는 플라즈마 처리 도구에 대한 예시적인 실시형태의 도면이다.
도 1b(종래기술)는 플라즈마 소스를 위한 상부 플레이트에 대한 예시적인 실시형태의 도면이다.
도 2a는 플라즈마 소스와 연관된 이미지를 포착하기 위해 이미지 센서가 공정 챔버 내에 위치되는 개시된 본 발명에 따른 플라즈마 처리 도구에 대한 예시적인 실시형태의 도면이다.
도 2b는 개시된 실시형태를 위한 컴퓨팅 환경에 대한 예시적인 실시형태의 도면이다.
도 2c는 플라즈마 소스를 위한 상부 플레이트의 딤플에 대하여 예시적인 플라즈마 공정 동안 생성된 플라즈마 방전에 대한 예시적인 실시형태의 표본 이미지 포착물이다.
도 3a는 이미지 센서에 의해 포착된 이미지가 마이크로 전자 소재의 제조를 위한 공정 챔버를 위한 작동 파라미터를 조정하기 위해 사용되는 예시적인 실시형태의 방법 흐름도이다.
도 3b는 다수의 상이한 공정 챔버에 대한 이미지 감지 및 관련 이미지 분석이 마이크로 전자 소재의 플라즈마 처리 및 플라즈마 소스를 개선하기 위해 사용되는 예시적인 실시형태의 방법 흐름도이다.
도 4는 상이한 분류자와 연관된 검출 임계치에 기초하는 플라즈마 공정 안정성 결정을 위한 실시형태의 도면이다.
본원에서 설명되는 바와 같이, 플라즈마 발광을 검출하고, 플라즈마 소스와 연관된 광도 데이터를 분석하며, 광도 분포에 기초하여 플라즈마 소스를 위한 작동 파라미터를 조정하는 방법이 개시된다. 플라즈마 소스에 대한 광도 분포 및 관련 분석은 다수의 처리 도구에 걸쳐서 수행될 수 있다. 일부 실시형태에서, 플라즈마 방전 안정성 및/또는 챔버들 간의 매칭 정보는 광도 데이터에 기초하여 결정되며, 처리 도구의 작동은 안정성 및/또는 매칭 결정에 기초하여 조정되거나 제어된다. 따라서, 개시된 실시형태는 플라즈마 에칭 및 증착 도구와 같은 플라즈마 처리 도구에 대한 방전 안정성 및 플라즈마 소스를 개선하기 위한 간단하고 저비용의 솔루션을 제공한다. 또한, 본원에서 설명된 공정 기술을 여전히 이용하면서 다른 장점 및 구현이 달성될 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, HW 편차 및 다른 요인은 플라즈마 에칭 도구 및/또는 플라즈마 증착 도구와 같은 플라즈마 처리 도구에 대한 플라즈마 방전 불안정성 및 비정상 플라즈마 방전을 초래한다. 또한, 일부 플라즈마 방전 불안정성 및/또는 비정상 방전은 통상적인 프로세스 로그(process log)로부터 검출 가능하지 않다. 따라서, 공정 엔지니어는 비정상을 인지하지 못한 채 대량 생산을 위한 신뢰할 수 없는 공정 방법을 개발할 수 있다.
개시된 실시형태는 플라즈마 처리 도구에서 플라즈마 불안정성 검출을 위한 간단하고 저비용의 솔루션을 제공한다. 개시된 실시형태는 사용하기에 용이하고, 플라즈마 광도 분포가 플라즈마 처리 도구를 위한 플라즈마 소스에 걸쳐서 어떻게 가변하는지에 대한 결정적인 대답을 제공할 수 있다. 특히, 광도 분포를 검출하기 위해, 전하 결합 소자(CCD) 카메라와 같은 이미지 센서를 사용하는 방법 및 관련 시스템이 개시된다. 예를 들어, 이미지 센서는 플라즈마 처리 도구의 내부 및 외부로 이동되는 마이크로 전자 소재를 위한 기판에 부착될 수 있으며, 플라즈마 처리 도구에 의한 플라즈마 처리 동안 이미지를 포착한다. 그 다음, 포착된 이미지(예를 들어, 스틸 이미지 및/또는 비디오 이미지)는 플라즈마 소스에 걸친 광도의 편차에 대해 분석될 수 있다. 그 다음, 이러한 광도 분포 정보는, 공정 민감도를 진단하고, 최적화되지 않은 공정 조건에 대해 관찰되는 임의의 한계(marginality)를 제한하도록 공정 파라미터 또는 조건을 변경하기 위해 사용될 수 있다. 다수의 플라즈마 처리 도구가 유사한 방식으로 테스트될 수 있다. 그 결과들은 챔버들 간의 매칭 및 공정 제어를 개선함으로써 제조 공정을 위한 개선된 작동 안정성을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
도 2a는 이미지 센서(202)가 공정 챔버(112) 내의 마이크로 전자 소재(108)를 위한 기판 상에 포함되는 개시된 본 발명에 따른 플라즈마 처리 도구(200)에 대한 예시적인 실시형태의 도면이다. 이미지 센서(202)와 함께 마이크로 전자 소재(108)는 하부 전극을 포함하는 홀더(110) 상에 위치된다. 홀더(110)는 예를 들어, 웨이퍼 스테이션, 정전 척, 및/또는 공정 챔버(112) 내의 마이크로 전자 소재를 위한 다른 홀더일 수 있다. 또한, 플라즈마 처리 도구(200)의 일부로서 플라즈마 소스(102)가 제공될 수 있으며, 플라즈마 소스는 상부 플레이트(104)를 가질 수 있다. 플라즈마 에칭 또는 증착 처리와 같은 플라즈마 처리를 위해, 플라즈마 처리 도구(200)를 위한 공정 챔버(112) 내에서 공정 플라즈마(106)가 점화되어 유지된다.
플라즈마 처리 동안, 이미지 센서(202)는 스틸 이미지 및/또는 비디오 이미지와 같은 이미지를 포착한다. 예를 들어, 플라즈마 소스(102)를 위한 상부 플레이트(104)의 이미지가 이미지 센서(202)에 의해 포착될 수 있다. 이미지 센서(202)가 마이크로 전자 소재(108)를 위한 기판에 결합된 것으로 도시되지만, 이미지 센서(202)는 또한 하나 이상의 다른 기술을 사용하여 공정 챔버(112) 내에 위치될 수 있다는 점을 추가로 유의한다. 예를 들어, 이미지 센서(202)는 홀더(110)에 직접 결합될 수 있거나/결합될 수 있고, 플라즈마 소스(102) 아래의 다른 하드웨어 구성 요소 상에 위치될 수 있거나/위치될 수 있고, 공정 챔버(112) 내에 달리 위치될 수 있으므로, 공정 챔버(112) 내의 플라즈마 생성 동안 플라즈마 소스(102)의 이미지를 포착할 수 있다.
본원에서 설명된 바와 같이, 이미지 센서(202)에 의해 포착된 이미지는 예를 들어 플라즈마 방전 안정성을 개선하기 위해, 플라즈마 처리를 위한 하나 이상의 파라미터에 대한 조정을 결정하기 위해 분석된다. 예를 들어, 플라즈마 소스(102)의 특정 영역에서의 이들 이미지 내의 광도 분포는 비-일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체에 저장된 소프트웨어 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서로 구현되는 영상 처리 알고리즘에 의해 인식될 수 있다. 예를 들어, 포착된 이미지의 분석은 미리 결정된 스펙트럼 범위(예를 들어, 파장의 범위)에서 광도를 식별 및 모니터링할 수 있다. 일 실시형태에서, 200 나노미터(nm) 내지 800 nm 범위의 파장을 갖는 광도가 식별 및 모니터링될 수 있다. 또한, 이들 이미지 내의 광도 분포는 조작자에 의한 육안 검사로부터 결정될 수도 있다. 또한, 다수의 상이한 공정 챔버(112)에 대해, 이미지가 포착될 수 있고 광도 분포가 결정될 수 있다. 그 다음, 다수의 챔버를 사용하는 플라즈마 처리에 대한 챔버들 간의 편차를 감소시키거나/감소시키고 플라즈마 처리를 개선하기 위해, 포착된 이미지에 기초하여 플라즈마 소스(102) 및/또는 공정 챔버(112)를 위한 처리 파라미터가 조정될 수 있다.
또한, 포착된 이미지 및 광도 분포를 사용하여, 목표 플라즈마 방전 안정성을 달성하도록 원하는 범위의 처리 파라미터가 테스트 및 변경될 수 있다. 이러한 처리 파라미터는 예를 들어, 공정 가스 유량, 압력, 온도, 소스 전력, 및/또는 다른 공정 파라미터를 포함한다. 추가적인 일 실시예에서, 포착 이미지 및/또는 광도 분포는 방사형 라인 슬롯 안테나(RLSA™) 시스템의 안정적인 작동을 위한 최소 MW(마이크로파) 소스 전력을 결정하기 위해 사용될 수 있다.
CCD 카메라와 같은 이미지 센서(202)는 또한 공정 챔버 내의 하드웨어 구성 요소 및/또는 부분과 이들의 상태의 육안 점검을 위해 사용될 수 있음을 추가로 유의한다. 예를 들어, 공정 챔버 내에 광(예를 들어, 섬광으로부터의 광)이 방사될 수 있고, 포착된 이미지는 공정 챔버(112) 내에 플라즈마를 점화시키지 않고 수집될 수 있다. 그 다음, 이러한 이미지는 공정 챔버(112) 내의 HW 구성 요소의 상태를 결정하기 위해 사용될 수 있다.
도 2b는 개시된 실시형태를 위한 컴퓨팅 환경(250)에 대한 예시적인 실시형태의 도면이다. 이러한 실시형태에서, 마이크로 전자 소재(108)를 위한 기판(예를 들어, 반도체 웨이퍼)을 위한 홀더(110)는 무선 통신 인터페이스 및 기판과의 연결성을 포함한다. 또한, 마이크로 전자 소재(108)를 위한 기판은 무선 통신 인터페이스 및 홀더(110)와의 연결성을 포함한다. 이와 같이, 마이크로 전자 소재(108)를 위한 기판과 홀더(110) 사이에 무선 통신(206)이 제공된다. 이러한 무선 통신(206)을 사용하여, 셋업 파라미터, 측정치, 파일 전송, 포착된 이미지 데이터, 및/또는 다른 원하는 통신이 수행될 수 있다.
또한, 홀더(110)와 컴퓨팅 시스템(204) 간에 통신(208)을 제공하기 위해, 홀더(110)는 개인용 컴퓨터(PC)와 같은 컴퓨팅 시스템(204)에 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다. 컴퓨팅 시스템(204)은 이미지 센서(202)로부터 포착된 이미지 데이터를 수신하여 분석하도록 작동한다. 바람직하게는, 컴퓨팅 시스템(204)은 공정 챔버(112)의 외부에 위치되는 반면에, 홀더(110) 및 마이크로 전자 소재(108)는 공정 챔버(112)의 내부에 위치된다. 컴퓨팅 시스템(204)은 본원에서 설명된 기능을 제공하도록 프로그래밍된 하나 이상의 프로그램 가능 집적회로를 사용하여 구현될 수 있다는 점을 추가로 유의한다. 예를 들어, 하나 이상의 프로세서(예를 들어, 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 중앙 처리 장치 등), 프로그램 가능 논리 소자(예를 들어, CPLD(복합 프로그램 가능 논리 소자), FPGA(필드 프로그램 가능 게이트 어레이) 등), 및/또는 다른 프로그램 가능 집적회로는 본원에서 설명된 기능을 구현하기 위해 소프트웨어 또는 다른 프로그램 명령으로 프로그래밍될 수 있다. 소프트웨어 또는 다른 프로그램 명령은 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터 판독 가능한 데이터 저장 매체(예를 들어, 메모리 저장 장치, 플래시 메모리, DRAM 메모리, 재프로그램 가능 저장 장치, 하드 드라이브, 플로피 디스크, DVD, CD-ROM 등)에 저장될 수 있으며, 소프트웨어 또는 다른 프로그램 명령은 프로그램 가능 집적회로에 의해 실행될 때, 프로그램 가능 집적회로로 하여금 본원에서 설명된 프로세스, 기능, 및/또는 성능을 수행하게 한다. 또한 다른 변형예가 구현될 수도 있다.
도 2c는 도 1b(종래기술)에 도시된 바와 같은 플라즈마 소스(102)를 위한 상부 플레이트(104)의 딤플(154)에 대하여 예시적인 플라즈마 공정 동안 생성된 플라즈마 방전에 대한 예시적인 실시형태(270)의 표본 이미지 포착물이다. 바람직하게는, 모든 딤플(154)에서 플라즈마 방전이 점화된다. 그러나, 예시적인 공정(예를 들어, 700 와트의 인가된 전력)에서 알 수 있는 바와 같이, 7개의 딤플(154) 중 4개만이 플라즈마 방전 점화를 나타내는 증가된 광도(272)를 갖는다. 7개의 딤플(154) 중 다른 3개는 플라즈마 방전이 없다.
본원에 개시된 실시형태에 의해 제공된 광도 측정이 없으면, 이러한 플라즈마 방전 불안정성은 공정 엔지니어에 의해 검출되지 않은 상태로 남을 수 있다. 예를 들어, 700 와트의 예시적인 공정에 대한 프로세스 로그는 도 2c에 도시된 바와 같은 불안정성이 실제로 발생하더라도 플라즈마 방전 안정성을 나타낼 수 있음이 밝혀졌다. 또한, 이러한 프로세스 로그는 상부 플레이트(104)에 대한 모든 딤플(154)이 플라즈마 방전을 갖는 1700 와트의 플라즈마 공정에 대한 프로세스 로그와 유사할 수 있음이 밝혀졌다. 위에서 설명된 바와 같이, 종래의 솔루션은 상당히 가중된 복잡성 및 비용 없이는 플라즈마 방전 불안정성의 검출을 제공할 수 없다.
또한, 이미지 센서(202)에 의해 포착된 이미지에 기초하여, 플라즈마 소스(102) 및/또는 공정 챔버(112)를 위한 작동 파라미터에 대한 다양한 조정이 이루어질 수 있음을 추가로 유의한다. 예를 들어, 도 2c에 도시된 바와 같이, 플라즈마 소스(102)에 걸쳐서 플라즈마 방전이 균일하게 발생하고 있지 않음을 포착된 이미지가 나타내는 경우, 플라즈마 방전 점화가 플라즈마 소스(102)에 걸쳐서 균일하게 달성될 때까지, 작동 파라미터가 조정될 수 있다. 플라즈마 방전의 강도가 플라즈마 소스(102)에 걸쳐서 균일하게 분포되어 있지 않음을 포착된 이미지가 나타내는 경우, 플라즈마 방전 균일성이 달성될 때까지, 작동 파라미터가 조정될 수 있다. 또한, 포착된 이미지는 이미지에 걸친 이미지 센서(202)에 의한 광 에너지의 상대적 흡수량에 기초하여 분석될 수 있음을 추가로 유의한다. 플라즈마 처리를 개선하기 위해 본원에서 설명된 이미지 포착 및 분석 기술을 여전히 이용하면서, 다른 변형 및 조정이 또한 이루어질 수 있다.
도 3a는 이미지 센서에 의해 포착된 이미지가 마이크로 전자 소재의 제조를 위한 공정 챔버를 위한 작동 파라미터를 조정하기 위해 사용되는 예시적인 실시형태(300)의 방법 흐름도이다. 블록(302)에서, 이미지 센서가 공정 챔버 내에 제공된다. 블록(304)에서, 플라즈마 소스에 의해 플라즈마가 생성되는 동안, 공정 챔버 내에서 공정 방법이 수행된다. 블록(306)에서, 수행하는 동안 이미지 센서를 통해 이미지가 포착되고, 이미지는 플라즈마 소스와 연관된다. 블록(308)에서, 포착된 이미지로부터 결정된 광도 분포에 기초하여, 공정 챔버를 위한 하나 이상의 작동 파라미터가 조정된다. 예를 들어, 광도 분포 분석은 하나 이상의 프로세서에 의한 이미지의 자동 계산 분석을 통해 수행될 수 있다. 또한, 도구 조작자에 의한 이미지의 수동 분석에 의해 광도 분포 분석이 수행될 수 있다. 본원에서 설명된 실시형태를 여전히 이용하면서, 상이한 및/또는 추가적인 공정 단계가 또한 사용될 수 있다.
도 3b는 다수의 상이한 공정 챔버에 대한 이미지 감지 및 관련 이미지 분석이 마이크로 전자 소재의 플라즈마 처리 및 플라즈마 소스를 개선하기 위해 사용되는 예시적인 실시형태(350)의 방법 흐름도이다. 블록(352)에서, 이미지 센서가 공정 챔버 내로 로딩되고, 이미지 감지/포착은 공정 방법과 동기화된다. 블록(354)에서, 공정 방법은 주어진 테스트 파라미터의 범위 내에서 실행되며, 이미지 센서에 의해 이미지 데이터가 포착된다. 또한, 테스트 동안 포착된 이미지 데이터는 컴퓨팅 시스템으로 업로드 또는 달리 전송될 수 있거나, N개의 상이한 공정 챔버에 대한 테스트가 완료된 후에 추후 전송을 위해 하나 이상의 데이터 저장 매체에 이미지 데이터가 저장될 수 있다. 블록(356)에서, N개(여기서, N은 1보다 더 큼)의 상이한 챔버에 대한 테스트가 완료되는지 여부가 결정된다. "아니오"인 경우, 흐름은 이미지 센서가 모듈 또는 공정 챔버로부터 언로딩되고 다음 공정 챔버 내로 이동 또는 로딩되는 블록(358)으로 넘어간다. 그 다음, 흐름은 블록(354)으로 되돌아간다. 블록(356)에서의 결정이 "예"인 경우, 흐름은 플라즈마 안정성 및/또는 챔버 매칭이 달성되었는지 여부가 결정되는 블록(360)으로 넘어간다. 블록(360)에서의 결정이 "예"인 경우, 처리가 완료된다. 블록(360)에서의 결정이 "아니오"인 경우, 블록(362)에 도달된다. 그 다음, 블록(362)에서, 포착된 이미지 데이터에 의해 표현된 광도 분포의 데이터에 대해 수동 또는 자동 분석이 수행된다. 그 다음, 플라즈마 처리를 개선하기 위해 광도 분포에 기초하여 N개의 공정 챔버 중 하나 이상을 위한 작동 파라미터에 대해 조정이 이루어질 수 있다. 이러한 조정은 플라즈마 소스에 대한 조정을 포함할 수 있다. 예를 들어, 포착된 이미지 데이터로부터 결정된 광도 분포를 사용하여, 공정 안정성 한계 및/또는 챔버들 간의 매칭에 대한 결정 및 판정이 이루어질 수 있다. 또한, 포착된 이미지 데이터에 기초하여 다른 챔버 조정 및/또는 플라즈마 처리 제어 조정이 이루어질 수 있다. 블록(362)에서 조정이 완료되면, 흐름은 블록(352)으로 되돌아간다. 본원에서 설명된 기술을 여전히 이용하면서, 실시형태(350)에 대해 상이한 및/또는 추가적인 공정 단계가 또한 사용될 수 있음을 추가로 유의한다.
특정 실시형태에서, 플라즈마 인가를 위한 분석 및 플라즈마 데이터 수집의 시각화를 원활하게 하기 위해 플라즈마 뷰 시스템이 제공된다. 플라즈마 뷰 시스템은 도 2b에 도시된 컴퓨팅 시스템(204)의 일부일 수 있다. 플라즈마 뷰 시스템은 세부적인 플라즈마 에칭 및/또는 증착 공정 분석을 위해, 사용자를 사실상 공정 구역 내부에 있게 한다. 공정 챔버 내에서의 광도 분포를 시각화하는 것과 더불어, 플라즈마 뷰 시스템은 또한 온도, 전압, 이미지 포착물, 및/또는 다른 챔버내 센서들로부터의 플라즈마 데이터 측정치를 링크시킬 수 있다. 또한, 이러한 업링크된 플라즈마 데이터는 시간 및 공간에 대하여 디스플레이될 수 있다(2D 또는 3D). 또한, 중요한 과도 반응에 대한 느낌을 제공하기 위해 무비 뷰가 디스플레이될 수 있으며, 결함 조사에 유용하다.
이미지 데이터 분석을 포함하는 플라즈마 데이터 분석은 플라즈마 에칭 공정이 더 양호하게 제어될 수 있게 한다. 플라즈마 에칭 공정은 제어하기가 어려운 것으로 악명이 높다. 플라즈마 에칭 시스템의 순수한 복잡성 및 플라즈마 에칭 공정 변수의 수는 플라즈마 에칭을 제조 설비 내에서의 공정 제어 및 개선 노력에 끊임없이 중점을 두게 한다. 플라즈마 이미지 포착은 챔버들 간의 매칭 뿐만 아니라 일상적인 작업의 모니터링 및 제어를 돕는 새로운 레벨의 플라즈마 공정 제어를 제공한다. 이러한 개선된 플라즈마 제어는 복잡한 플라즈마 에칭/증착 공정을 몇 가지 중요한 제어 특징들로 추출하여 제어를 위한 사용자 사양과 플라즈마 데이터 분석을 비교한다. 그 다음, 추세를 관찰하고, 과도출력(excursion)을 검출 및 조사하며, 챔버들을 비교할 수 있는 기능을 통해, 각각의 실행에 대해 공정이 "양호" 또는 "양호하지 않음"이라는 표시를 사용자에게 제공할 수 있다.
본원에서 설명된 플라즈마 데이터 수집 및 분석 시스템은 엔지니어들이 챔버 문제의 가장 가능성이 높은 원인을 식별하도록 돕기 위해 플라즈마 에칭 공정의 블랙 박스 안으로 들어간다. 제조 기술의 발전에도 불구하고, 플라즈마 에칭/증착 공정 및 장비 엔지니어들은 챔버 문제를 진단하기 위해 여전히 그들의 경험과 시행착오 방법에 의존하며, 이는 시간이 많이 소요되고, 비용이 많이 들며, 흔히 좌절감을 주는 경험일 수 있다. 본원에서 설명된 플라즈마 데이터 수집 및 분석 시스템을 통해, 플라즈마 에칭 공정 엔지니어들은 모두 챔버를 개방하거나 오프라인 계측을 필요로 하지 않고도, 그들의 센서 웨이퍼를 이용하여 몇 분 내에 탈선의 근본 원인을 효과적으로 진단할 수 있다.
본원에서 설명된 이미지 센서 기반 방법 및 시스템은 불균일성, 비정상 방전, 점화 고장, 및/또는 다른 플라즈마 처리 문제와 같은, 플라즈마 공정 장비의 많은 종류의 문제를 검출하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 개시된 방법 및 시스템은 사용자에 의해 정의되거나 선택된 분류자 및 추적 데이터에 기초하여 플라즈마 공정의 신뢰성 스코어를 계산할 수 있다. 또한, 개시된 시스템은 공정 엔지니어들이 신뢰 가능한 공정 방법을 개발하고 제조 문제를 보다 효율적으로 해결하도록 도움을 준다.
도 4는 상이한 분류자와 연관된 검출 임계치에 기초하는 플라즈마 공정 안정성 결정을 위한 실시형태(400)의 도면이다. 시간 기반 그래프(402)는 플라즈마가 온인지 오프인지 여부를 나타내는 제1 분류자(분류자 A)를 제공한다. 도시된 실시예에서, 플라즈마는 제1 공정 단계(408) 동안 온이고, 플라즈마는 제2 공정 단계(410) 동안에도 온이다. 그렇지 않으면, 플라즈마는 오프이다. 시간 기반 그래프(404)는 플라즈마 발광 균일성이 원하는 임계치(405) 초과인지 또는 미만인지 여부를 나타내는 제2 분류자(분류자 B)를 제공한다. 도시된 실시형태에서, 허용 가능한 플라즈마 발광 균일성은 제1 공정 단계(408) 동안 달성되며, 불균일한 발광은 제2 공정 단계(410) 동안 검출된다. 시간 기반 그래프(406)는 플라즈마 방전이 비정상인지 여부를 나타내는 제3 분류자(분류자 C)를 제공한다. 도시된 실시형태에서, 연속적인 비정상 플라즈마 방전이 제1 공정 단계(408) 동안 검출되고, 플라즈마 점화 시의 비정상 방전은 제2 공정 단계(410) 동안 검출된다. 이러한 시간 기반 그래프들이 공정 엔지니어에게 제시될 수 있으며, 엔지니어가 플라즈마 처리에 의해 달성되는 실제 결과에 대한 더 양호한 가시성으로 플라즈마 처리 작업을 조정 및 제어할 수 있게 한다. 또한, 본원에서 설명된 기술을 여전히 이용하면서 다른 변형 및 임계치가 검출 및 관리될 수 있다.
본원에서 설명된 재료층들을 형성하기 위해 하나 이상의 증착 공정이 사용될 수 있음을 유의한다. 예를 들어, 하나 이상의 증착은 화학적 기상 증착(CVD), 플라즈마 강화 CVD(PECVD), 물리적 기상 증착(PVD), 원자층 증착(ALD), 및/또는 다른 증착 공정을 사용하여 구현될 수 있다. 플라즈마 증착 공정을 위해, 다양한 압력, 전력, 유량 및 온도 조건에서 하나 이상의 희석 가스(예를 들어, 아르곤, 질소 등)와 조합하여, 탄화수소, 플루오르화 탄소, 또는 질소 함유 탄화수소를 포함하지만 이에 한정되지 않는 전구체 가스 혼합물이 사용될 수 있다. PR 층에 대한 리소그래피 공정은 광학 리소그래피, 극자외선(EUV) 리소그래피, 및/또는 다른 리소그래피 공정을 사용하여 구현될 수 있다. 에칭 공정은 플라즈마 에칭 공정, 방전 에칭 공정, 및/또는 다른 원하는 에칭 공정을 사용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 에칭 공정은 플루오르화 탄소, 산소, 질소, 수소, 아르곤, 및/또는 다른 가스를 함유하는 플라즈마를 사용하여 구현될 수 있다. 또한, 비아 형성 동안 비아에 대한 CD(임계 치수) 목표 파라미터가 달성되도록 보장하기 위해, 공정 단계를 위한 작동 변수가 제어될 수 있다. 작동 변수는 예를 들어, 챔버 온도, 챔버 압력, 가스의 유량, 플라즈마의 생성 시에 전극 조립체에 인가된 주파수 및/또는 전력, 및/또는 공정 단계를 위한 다른 작동 변수를 포함할 수 있다. 또한, 본원에서 설명된 기술을 여전히 이용하면서 변형이 구현될 수 있다.
본 명세서 전반에 걸쳐서 "일 실시형태" 또는 "실시형태"라는 언급은 실시형태와 관련하여 설명된 특정한 특징, 구조, 재료, 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시형태에 포함됨을 의미하지만, 이들이 모든 실시형태에 존재한다는 것을 의미하지 않음을 유의한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸친 다양한 곳에서의 "일 실시형태에서" 또는 "실시형태에서"라는 문구의 출현은 반드시 본 발명의 동일한 실시형태를 지칭하는 것은 아니다. 또한, 특정한 특징, 구조, 재료, 또는 특성은 하나 이상의 실시형태에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다. 다양한 추가적인 층 및/또는 구조물이 포함될 수 있거나/포함될 수 있고, 설명된 특징이 다른 실시형태에서 생략될 수 있다.
본원에서 사용된 바와 같은 "마이크로 전자 소재"는 일반적으로 본 발명에 따라 처리되는 대상물을 지칭한다. 마이크로 전자 소재는 소자, 특히 반도체 또는 다른 전자 소자의 임의의 재료 부분 또는 구조물을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 반도체 기판과 같은 베이스 기판 구조물, 또는 박막과 같은 베이스 기판 구조물 위에 있거나 위에 놓이는 층일 수 있다. 따라서, 소재는 패턴화된 또는 비-패턴화된 임의의 특정한 베이스 구조물, 하부층 또는 상부층으로 한정되는 것으로 의도되는 것이 아니라, 오히려 임의의 그러한 층 또는 베이스 구조물, 그리고 층 및/또는 베이스 구조물의 임의의 조합물을 포함하는 것으로 고려된다. 이하의 설명은 특정 유형의 기판을 언급할 수 있지만, 이는 단지 예시적인 목적을 위한 것이며 제한사항이 아니다.
본원에서 사용된 바와 같은 "기판"이라는 용어는 기재(base material), 또는 재료가 그 위에 형성되는 구성을 의미하고 포함한다. 기판은 단일 재료, 상이한 재료의 복수의 층, 이들 중에서 상이한 구조 또는 상이한 재료의 영역을 갖는 층 또는 층들 등을 포함할 수 있음을 이해할 것이다. 이들 재료는 반도체, 절연체, 도체, 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판은 반도체 기판, 지지 구조물 상의 베이스 반도체 층, 하나 이상의 층, 구조물 또는 영역이 그 위에 형성된 반도체 기판 또는 금속 전극일 수 있다. 기판은 통상적인 실리콘 기판, 또는 반도체 재료의 층을 포함하는 다른 벌크 기판일 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같은 "벌크 기판"이라는 용어는 실리콘 웨이퍼 뿐만 아니라, 실리콘-온-글래스("SOG") 기판 및 실리콘-온-사파이어("SOS") 기판과 같은, 실리콘-온-절연체("SOI") 기판, 베이스 반도체 토대 상의 실리콘의 에피택셜 층, 그리고 실리콘-게르마늄, 게르마늄, 갈륨 비소, 갈륨 질화물, 및 인듐 인화물과 같은 다른 반도체 또는 광전자 재료를 의미하고 포함한다. 기판은 도핑될 수 있거나 도핑되지 않을 수 있다.
마이크로 전자 소재를 처리하기 위한 시스템 및 방법은 다양한 실시형태에서 설명된다. 관련 기술 분야의 통상의 당업자는 다양한 실시형태가 하나 이상의 특정 세부사항 없이 실시될 수 있거나, 다른 대체 및/또는 추가적인 방법, 재료, 또는 구성 요소와 함께 실시될 수 있음을 인식할 것이다. 다른 실시예에서, 널리 알려진 구조, 재료, 또는 작동은 본 발명의 다양한 실시형태의 양태를 불명료하게 하는 것을 방지하기 위해 상세히 도시되거나 설명되지 않는다. 유사하게, 설명의 목적으로, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 특정 숫자, 재료, 및 구성이 상술된다. 그럼에도 불구하고, 본 발명은 특정 세부사항 없이 실시될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 다양한 실시형태는 예시적인 표본이며 반드시 일정한 비율로 도시된 것은 아니라는 점을 이해한다.
설명된 시스템 및 방법의 추가적인 변형예 및 대안적인 실시형태는 본 설명을 고려하는 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 설명된 시스템 및 방법은 이러한 예시적인 장치에 의해 한정되지 않음을 인식할 것이다. 본원에서 도시되고 설명된 시스템 및 방법의 형태는 예시적인 실시형태로서 고려되어야 한다는 점을 이해해야 한다. 구현예에서 다양한 변경이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 특정 실시형태를 참조하여 본원에서 설명되지만, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있다. 따라서, 명세서 및 도면은 제한적인 의미가 아니라 예시적인 의미로 간주되어야 하며, 이러한 변형은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다. 또한, 특정 실시형태와 관련하여 본원에서 설명된 문제에 대한 임의의 이점, 장점, 또는 솔루션은 임의의 또는 모든 청구항의 중요하거나, 필요하거나, 또는 필수적인 특징 또는 요소로서 해석되도록 의도되지 않는다.
Claims (20)
- 마이크로 전자 소재의 제조를 위한 방법으로서,
공정 챔버에 이미지 센서를 제공하는 단계;
플라즈마 소스에 의해 플라즈마가 생성되는 동안, 상기 공정 챔버 내에서 공정 방법을 수행하는 단계;
상기 수행하는 단계 동안 상기 플라즈마 소스와 연관된 이미지를 상기 이미지 센서를 통해 포착하는 단계; 및
상기 포착된 이미지로부터 결정된 광도 분포에 기초하여 상기 공정 챔버를 위한 하나 이상의 작동 파라미터를 조정하는 단계를 포함하고,
상기 이미지 센서는 상기 공정 챔버 내에 위치된 기판에 결합되는, 마이크로 전자 소재의 제조를 위한 방법. - 제1항에 있어서,
상기 결정은 미리 결정된 스펙트럼 범위 내에서 광도 분포를 분석하기 위해 상기 포착된 이미지를 처리하는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 공정 방법은 파라미터에 대한 선택된 세트의 범위를 포함하는, 방법. - 제3항에 있어서,
상기 파라미터에 대한 선택된 세트의 범위는 하나 이상의 테스트 조건과 연관되는, 방법. - 제1항에 있어서,
복수의 공정 챔버에 대해 상기 제공하는 단계, 수행하는 단계, 포착하는 단계, 및 조정하는 단계를 반복하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제5항에 있어서,
상기 복수의 공정 챔버에 대해 포착된 이미지로부터 결정된 광도 분포에 기초하여 안정성 한계를 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제6항에 있어서,
상기 조정하는 단계는 상기 안정성 한계에 기초하는, 방법. - 제5항에 있어서,
상기 복수의 공정 챔버에 대해 포착된 이미지로부터 결정된 상기 광도 분포에 기초하여 챔버들 간의 매칭 정보를 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제8항에 있어서,
상기 조정하는 단계는 상기 챔버들 간의 매칭 정보에 기초하는, 방법. - 제5항에 있어서,
이미지 센서가 상기 복수의 공정 챔버 내에 위치된 마이크로 전자 소재를 위한 기판에 결합되는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 공정 방법은 플라즈마 에칭 공정을 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 공정 방법은 플라즈마 증착 공정을 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 이미지 센서는 전하 결합 소자 카메라를 포함하는, 방법. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 포착하는 단계는 상기 이미지 센서를 사용하여 이미지 데이터를 포착 및 저장하는 단계를 포함하는, 방법. - 제16항에 있어서,
상기 이미지 데이터를 컴퓨팅 시스템에 통신하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제17항에 있어서,
상기 통신하는 단계는 적어도 하나의 무선 인터페이스를 통해 수행되는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 공정 챔버를 위한 상기 하나 이상의 작동 파라미터는 공정 가스 유량, 압력, 온도, 또는 소스 전력 중 적어도 하나를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 공정 챔버 내로 광을 방사하고 상기 이미지 센서를 사용하여 상기 공정 챔버 내의 하드웨어 구성 요소를 검사하는 단계를 더 포함하는, 방법.
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